(57)【要約】  検査領域からの音響学的および／または機械的振動データの遠隔感知に用いるためのシステムおよび技術が示される。本システムは、検査領域から戻る光の中で検出されるスペックルパターンを示す画像データ片のシーケンスを含む入力データを受け取るための入力ポート、前記入力データを処理および分析するように構成された少なくとも１つの処理ユーティリティを備え、前記少なくとも１つの処理ユーティリティは：前記画像データ片のシーケンスを処理し、連続した画像データ片の中のスペックルパターンの間の空間的相関を示す相関関数を決定するように構成された相関モジュールであって、前記相関関数が検査領域中の点の位置の変化を示す相関モジュール；前記決定された相関関数についてのデータを受け取って処理し、選択された周波数範囲を有する振動を示すデータを抽出し、前記検査領域の音響学的信号、動きおよび触覚振動の少なくとも１つを示すデータを決定するように構成され作動可能なフィルタリングモジュールを備える。【選択図】図２
2019519269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査領域から戻る光の中で検出されるスペックルパターンを示す画像データ片のシーケンスを備える入力データを受け取るための入力ポート；および
前記入力データを処理および分析するために構成された少なくとも１つの処理ユーティリティであって、前記少なくとも１つの処理ユーティリティが：
（ｉ）前記画像データ片のシーケンスを処理し、連続した画像データ片中のスペックルパターンの間の空間的相関を示す相関関数を決定するように構成された相関モジュールであって、前記相関関数が検査領域中の点の位置の変化を示すものである相関モジュール；および
（ｉｉ）前記検査領域の音響学的信号、動きおよび触覚振動の少なくとも１つを示すデータを決定するために、選択された周波数範囲を有する振動を示すデータを抽出するための、前記決定された相関関数についてのデータを受け取って処理するように構成され作動可能なフィルタリングモジュール；
を備える処理ユーティリティ；
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムが、少なくとも１つの光学的収集システムをさらに備え、前記少なくとも１つの光学的収集システムが、選択された周波数でコヒーレント照射を生成し、前記コヒーレント照射を選択された検査領域上に向けるように構成された光源、ならびに、イメージングレンズ配置および検出器アレイを備える光収集ユニットを備え、
前記イメージングレンズ配置が、前記検査領域から戻る入力光を収集するように構成され、これによって、前記検査領域および前記イメージングレンズ配置の間に位置する中間平面に対応する画像を前記検出器アレイ上に生成し、
前記検出器アレイが、前記収集された光を検出するように構成され、これによって、前記検査領域からの前記コヒーレント照射の散乱によって生成された二次的スペックルパターンに関連した画像データを生成し、対応する画像データ片を生成して送信するために、処理のための検出されたデータ片を与え、
前記光収集ユニットが、これによって、二次的スペックルパターンを示す画像データ片を収集するために構成されている、
ことを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のシステムにおいて、前記光学的収集システムが、人体の一部である検査領域とともに用いるために構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のシステムにおいて、前記人体の一部が、閉じた瞼、顎、胸、手、首、額、額−こめかみの少なくとも１つであることを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載のシステムにおいて、前記処理ユーティリティが、さらに信号選択モジュールを備え、前記信号選択モジュールが、前記領域から収集された１または複数の選択された動きの形式を示す前記データを受け取るように構成され作動可能であり、前記データを処理するために所望の動きの源に関連した１または複数の動きのパターンを選択することを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のシステムにおいて、前記動きのパターンが、音響学的信号に関連しており、前記所望の動きの源が、検出される音響学的信号の所望の源であることを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載のシステムにおいて、前記処理ユーティリティが、検出される動きの期待周波数範囲に関するデータに従って、前記光源ユニットおよび前記カメラユニットのサンプリング速度の変調のために、作動周波数を選択するように構成され作動可能である周波数選択モジュールをさらに備えることを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載のシステムにおいて、前記フィルタリングモジュールが、検査領域に由来する動きの信号に関連した位置の変化を特定するために、前記決定された相関関数に関するデータを受け取り、当該データをフィルタリングするように構成され作動可能であり、これによって、前記領域から収集された動きのパターン信号を示すデータを生成することを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載のシステムが、微小な眼球運動を感知するために構成され、前記処理ユーティリティが、睡眠の質のモニタリングシステムの一部として、眼球運動に対応する収集された信号を特定するように構成され作動可能であることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項１乃至８の何れか１項に記載のシステムが、心臓聴診器として用いるために構成され、前記処理ユーティリティが、心臓作動の音響学的徴候に対応する収集された信号を特定するように構成され作動可能であることを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項１乃至８の何れか１項に記載のシステムが、咀嚼活動を対象の総カロリー消費の一部としてモニタリングすることによる栄養学のために構成され、前記処理ユーティリティが、前記咀嚼活動に対応する収集された信号を特定するように構成され作動可能であることを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項１乃至８の何れか１項に記載のシステムが、肺活量計として用いるために構成され、前記処理ユーティリティが、肺活動に対応する収集された信号を特定するように構成され作動可能であることを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項１乃至８の何れか１項に記載のシステムが、微小な眼球運動を感知するために構成され、前記処理ユーティリティが、睡眠の質のモニタリングシステムの一部として、眼球運動に対応する収集された信号を特定するように構成され作動可能であることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１乃至８の何れか１項に記載のシステムが、触覚感知ユニットに接続可能な出力ポートをさらに備え、前記触覚感知ユニットが、前記検査領域からの検出された振動を示すデータに応答するように構成された複数の発動要素を備え、これによって、前記収集された振動データに従って触覚感覚を使用者に与えることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のシステムにおいて、前記触覚感知ユニットが、着用可能ユニットとして構成され、前記検査領域で検出された振動に従って触覚感覚を使用者に与えるように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項１４または１５に記載のシステムにおいて、前記触覚感知ユニットが、低周波数の動きおよび中程度周波数の振動の少なくとも１つの振動感覚を与えるように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項１４乃至１６の何れか１項に記載のシステムにおいて、前記触覚感知ユニットが、テクスチャ様感覚を可能とする５００Ｈｚ以上の振動周波数に関連した振動感覚を与えるように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のシステムにおいて、前記触覚感知ユニットが、
前記検査領域の外的刺激に応答した高周波数振動を示すデータを利用して、
前記検査領域のテクスチャに関連した触覚感覚を与えるように構成された、
高周波数発動要素を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１９】
請求項１７または１８に記載のシステムにおいて、前記触覚感知ユニットが、
前記検査領域の高周波数振動を示す入力データに応答して、
選択された表面のテクスチャを機械的にまたは電子的に変えるように構成された
少なくとも１つのテクスチャ感知要素を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２０】
請求項１４乃至１９の何れか１項に記載のシステムにおいて、前記触覚感知ユニットが、低周波数圧力感知、中程度周波数振動感知、テクスチャの変化感知、および、温度感知の少なくとも２つを備える、複数の少なくとも２つの発動範囲を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２１】
請求項１乃至８の何れか１項に記載のシステムが、前記検査領域上に選択された外的刺激を与えるように構成された刺激ユニットをさらに備え、前記外的刺激が、選択された周波数範囲の音響学的信号に関連していることを特徴とするシステム。
【請求項２２】
請求項２１に記載のシステムにおいて、前記処理ユーティリティが、
前記外的刺激の前記選択された周波数を決定するように構成され作動可能な刺激選択モジュール、および、
前記検査領域の物質密度に関するデータを決定するための前記選択された周波数に従ってフィルタリングされた、連続したスペックルパターンの間の相関に関するデータを受け取るように構成され作動可能なエラストメトリーモジュール
をさらに備えることを特徴とするシステム。
【請求項２３】
骨密度の検査のためのシステムであって、前記システムが：
検査しようとする骨に向けられる時間変調コヒーレント照射を与えるように構成される光源ユニット；
前記骨から戻る光を収集するように構成されたカメラユニットであって、前記カメラユニットが、前記検体から戻る光のデフォーカスイメージングを与えるように構成された検出器アレイおよび光学的配置を備え、これによって、散乱光の二次的スペックルパターンに対応する画像データを与えるカメラユニット；
前記骨に選択された周波数で音響学的刺激を与えるように構成された刺激ユニット；および
前記光源、カメラユニットおよび刺激ユニットへの選択された作動周波数を決定し、各々が二次的スペックルパターンを示す、前記カメラユニットからの複数の画像データ片を受け取り、連続したスペックルパターンの間の相関を決定するように構成され作動可能な制御ユニットであって、これによって、前記刺激ユニットからの刺激への骨の弾性的または機械的応答を決定する制御ユニット；
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２４】
請求項２３に記載のシステムにおいて、前記制御ユニットが、骨密度の状態またはその骨の骨粗鬆症の状態を測定するようにさらに構成されていることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的検査の分野に関わるものであり、特に生物学的組織の機械的および音響学的振動に関連する信号の検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
さまざまな周波数の範囲および振幅の振動は対応するデータを与える。したがって、２０Ｈｚから２０ｋＨｚの周波数範囲では、振動は音響学的信号を生成するか、音響学的信号に関連している；そのような振動は、さまざまな周波数範囲において、それらの振幅に従い、検体の機械的振動として感知しうる。検体の音響学的振動および機械的振動は、検体についてのデータを与えうる。
【０００３】
例えば、音響学的信号は、患者のさまざまな症状についての医学的検査に広く用いられている。また、機械的振動は、触感データを与え、内科医に組織領域間の違いについて知らせ、組織パラメータ／症状の接触感知を可能とする。機械的および／または音響学的信号の検出は、一般に内科医に人体（または任意の他の生物）中における生体機械的活動についての非侵襲的徴候を与える。
【０００４】
広く用いられている聴診器は、内科医の象徴となっており、単純かつ非侵襲的なやり方での音響学的信号の検出を与える。他の技術も開発されており、音響学的信号の電子的遠隔検出を与える。
【０００５】
いくつかの技術は、本発明の発明者によって開発または共同開発されており、動きの遠隔感知を与える。例えば：
米国８，６３８，９９１は対象をイメージングするための方法を提供している。本方法は、対象から変位した平面に焦点を合わせたイメージングシステムを用い、対象から伝播するコヒーレントなスペックルパターンをイメージングすることを備える。
米国２０１３／０１４４１３７および米国２０１４／０１４８６５８は、対象の体の１または複数の状態のモニタリングに用いるためのシステムおよび方法を提供している。本システムは、画像データを受け取るための入力ポート、メモリユーティリティおよびプロセッサユーティリティを備える制御ユニットを備える。画像データは、画素検出器アレイによって測定されたデータを示すものであり、ある特定のサンプリング時間パターンに従った、コヒーレント光による照射に応答して対象の体の一部から生成するスペックルパターンのシーケンスの形態をとる。メモリユーティリティは、１または複数の所定のモデルを記憶し、本モデルは、１または複数の測定可能なパラメータと対象の体の１または複数の状態との関係を示すデータを備える。プロセッサユーティリティは、画像データを処理して対応する１または複数の体の状態を決定するよう、および、対応する体の状態を示す出力データを生成するように構成され動作可能である。
【発明の概要】
【０００６】
本技術分野では、例えば、生物学的体に関連したまたは由来する機械的および／または音響学的振動のような、機械的および／または音響学的信号のモニタリングを可能とする新規なシステムおよび技術が求められている。本発明は、非侵襲的な光学的測定を利用した振動（音響学的および／または機械的振動／信号に対応する）の遠隔感知を可能とするシステムを提供し、比較的長い距離からの正確な検出を与えるとともに、検出した信号のデジタルデータの保存を可能とする。また、本発明の技術は、露出したもしくは組織層の後ろに隠れた微小振動、または、一般的に非常に小さい振動のモニタリングを可能とする。
【０００７】
本発明のシステムは、光源ユニットおよび光収集ユニットを備える光学的測定／収集システムに基づく。本光学的測定システムは、一般的に、モニタされる検査領域（例えば、患者、ヒトまたは動物のような生物体）のコヒーレント照射、および、照射した領域からの光の散乱によって生ずる二次的スペックルパターンの収集を利用する。スペックルパターンは、照射領域に対してデフォーカスするように構成されたカメラユニットとして典型的には構成される収集ユニットによって集められる。収集ユニットは、検査領域とイメージングレンズ配置との間にある中間平面に関連した画像データを収集するために位置する、イメージングレンズ配置および検出器アレイとともに構成される。これにより、検査領域から戻る／散乱する光成分の干渉によって生ずる二次的スペックルパターンに関連した画像データ片の収集が可能となる。
【０００８】
本技術は、検査領域の位置または配向における変化を示す連続したスペックルパターンの間の相関についてのデータを決定するための、このように収集されたスペックルパターンに対応する画像データ片のシーケンスの形態をとる入力データを利用する。そのような相関関数は、収集ユニットによって収集された、スペックルパターンの配置および／または位置の変化となる照射領域の位置および／または配向における微小な変化についてのデータを与える。照射領域の位置／配向におけるそのような変化は、照射領域またはその周辺の振動を示すものと考えられ、音響学的信号、または、照射領域の近傍からくる他の機械的振動に加えて、組織または隣接組織の動きに由来すると考えられる。さらに、組織の位置／配向におけるそのような振動は、外的刺激に対する組織の機械的（弾性または可塑性）応答に関連していると考えられる。
【０００９】
本技術は、対象領域、一般的にはモニターされる体から収集された音響学的信号についてのデータを決定するための、入力データおよびそれから決定された相関関数を利用する。この目的のため、カメラユニット、一般的には対応する検出器アレイによって収集されたデータは、例えば、振動の周波数範囲および振幅に従って、音響学的（信号）と他の動きの発生源とを区別するために適切にフィルタされて分析される。これに関連して、カメラのサンプリング速度は、例えば、Ｎｙｑｕｉｓｔの定理および所望の信号の周波数範囲に従って、音響学的信号の検出のために好ましくは十分に早いことに注意すべきである。本発明のシステムは、一般的には、二次的スペックルパターンの時間的変化に関連した入力データを受け取るように構成された制御ユニットを与える。制御ユニットは、一般的には、処理ユーティリティ、メモリユーティリティに加えてネットワークにおよび／またはユーザインターフェイスへの接続を与える入力および出力ポートを備える。制御ユニットは、１または複数のカメラユニットからの入力データを受け取るよう構成され作動可能であり、入力データをフィルタして音響学的周波数パターンの変化に関連したデータを特定し、検出された音響学的信号を示す対応する出力データを生成する。
【００１０】
さらに、システムが検体の微小な内部または外部の動きに関するデータを検出して決定し、加えて、音響学的信号の検出において信号対雑音比を向上できるように、本技術は、検査領域に向いた光源のコヒーレント照射への調節または変調を利用してもよい。この目的のため、本発明の技術は、決定される動きまたは音響学的信号の期待される周波数に従って選択される、所定の周波数でパルスするコヒーレント照射を伝達するように構成された時間変調光源の使用も備えてよい。
【００１１】
この目的のため、処理ユーティリティは、一般的に、収集されたデータに選択された周波数フィルタリングを適用する、および／または、光源ユニットを作動させるように構成されるとともに、収集されたスペックルパターンと検体パラメータとの間の相関を決定するように構成された１または複数のソフトウエア／ハードウエアモジュールを備えてよい。よって、一般的に、処理ユーティリティは相関モジュールおよびフィルタリングモジュールを備え、周波数変調モジュールを備えてもよい。相関モジュールは、時間を通じて収集されたスペックルパターンのシーケンスを示す複数のデータ片を受け取り、時間的に連続したスペックルパターン間の空間的相関を決定するように構成され動作可能である。示されているように、スペックルパターンにおける変化は、照射領域における動き、配向の変化、曲率の変化に関する示唆を与える。決定された相関関数は、領域の位置、配向および／または曲率における変化の尺度の相対的示唆を与える。機械的動きまたは他の動きに対する音響学的信号に関連した変化間を区別するため、フィルタリングモジュールは、ある一定の期間（典型的には、実時間または相関関数の処理および決定に起因する最小限の遅延）を通じた相関関数を示すデータストリームを受け取り、パターンの変化の内で音響学的周波数を単離するように構成され作動可能である。フィルタリングモジュールは、作動指示に従って、非音響学的周波数の振幅を低減する一方で音響学的周波数を増幅するとともに、音響学的信号の検出を最適化するために追加のフィルタリングを適用するように作動してよい。いくつかの他の実施形態では、本技術またはシステムは、音響学的信号よりも低い周波数および／または音響学的信号と類似した周波数（例えば、５００Ｈｚ未満（例えば、３２０Ｈｚ未満または約１００Ｈｚ）の機械的振動）を有する機械的振動に関するデータを決定するように作動してよい。さらに、本技術は、以下にさらに詳しく説明するように、異なったテクスチャの触覚感知と関連してもよい５００Ｈｚよりも高い周波数を有する刺激振動についてのデータを決定するための外的刺激を利用してよい。
【００１２】
さらに、周波数変調モジュールは、用いられる際には、光源ユニットを作動させて所定の周波数の変調パルスコヒーレント照明を与えるように構成され作動可能である。これは、ノイズに対して、対応する周波数（またはその整数乗算）での信号振幅の増幅を可能とするために用いられる。ノイズは、典型的にはホワイトノイズである、すなわち関連する全ての周波数を有すると理解されるべきである。よって、選択された周波数を増幅することにより、光変調は、信号対雑音比を増大させ、検体中の微小な変化（動きまたは音響学的データ）を決定するのを補助し得る。
【００１３】
いくつかの実施形態によれば、制御ユニットは、作動目的に従い、照射領域から収集された音響学的信号を示すデータを受け取り、選択的フィルタリングを適用することによって１または複数の特定の音響源に関連した音響学的信号をさらに分離するように構成され作動可能な信号選択モジュールを備えてもよい。例えば、システムが心臓活動の音響学的徴候を与えるために用いられる場合、信号選択モジュールは、心臓弁の作動に対応するＳ１およびＳ２特性に関連した音響学的パターンを検出するようにセットされてもよい。追加的または代替的には、信号選択モジュールは、呼吸活動および肺の活動に加えて筋肉活動や腸活動のような追加の既知の音響学的パターンに関連した信号データを選択的に特定して増幅するように構成されてもよい。
【００１４】
本発明の技術は、音響学的データ、微小な動きのデータおよび外的刺激に対する機械的応答に関連したさまざまなパラメータを決定するのに用いてよい。上述したように、適切なフィルタリングにより、システムは心臓聴診器、より一般的には聴診器として作動し、ここで、フィルタリングおよび信号選択モジュールは、対応する周波数およびパターンにおいて音響学的信号を検出するように構成される。さらに、本発明のシステムおよび技術は、検体の微小な動きをモニタリングしてパラメータを決定するために用いてよい。例えば、麻痺患者（例：筋萎縮性側索硬化症（ＡＬＳ）または他の麻痺を有する患者）は、閉じた瞼を通して微小な眼球運動を検出するのに本発明の技術を利用し、よって、使用者が他者と円滑にコミュニケーションをとれるようにしてよい。
【００１５】
さらには、本技術は、骨密度および弾性または他のパラメータのような組織パラメータを決定するために追加の刺激ユニット（例：音響学的または超音波スピーカー）を利用してよい。これと関連して、照射は、刺激周波数（例：整数乗算と類似または整数乗算の）に対応する周波数に一時的に変調させられ、これによって、一般的にホワイトノイズであろう背景雑音に対して所望の信号を増幅させてよい。
【００１６】
さらには、上述の通り、制御ユニットは、検出のために選択される信号の型に応じてさまざまな出力ユニットに接続可能であってよい。いくつかの実施形態では、システムは、制御ユニットからの検出した振動に関するデータを受け取るように、および、物理的な圧力の変化を与えて検出した振動を模倣した触覚感覚を使用者に与えるように構成された触覚感知ユニットに接続可能であってよい。これは、検査領域またはこれに関連した物体の硬さに関する洞察を与え、異なった組織の間または異なった応答の間を識別する際に使用者（例：内科医）を補助してよい。
【００１７】
したがって、触覚感知ユニットは、例えば、装着可能な感知ユニット（例えば、グローブ）として構成されてよく、選択した触覚感知を与えるために所定の順序で配置された複数のアクチュエータを備えてよい。アクチュエータは、制御ユニットから受け取ったデータに従った選択された圧力を与えるように構成され作動可能であり、これにより、対応する検査領域で検出された振動を模倣する。一般的に、アクチュエータは、検査領域から検出された振動の周波数および振幅に従ってさまざまな型の触覚感知を与えてよい。
【００１８】
いくつかの構成では、触覚感知ユニットは、温度の変化の感知を与えるように、例えば、加熱／冷却用配置を備えるようにさらに構成されてもよい。制御ユニットは、遠隔温度検出、例えば、検査領域の温度を決定して感知ユニットに対応する情報を与えるための赤外光検出を用いることを利用してよい。
【００１９】
追加的または代替的には、触覚感知ユニットは、テクスチャ感知を与えるよう構成されたテクスチャ感知領域を備えてもよい。検査領域のテクスチャに関するデータは、例えば、超音波刺激といった外的刺激を用いて決定してよく、ここで、テクスチャ変化のデータは、５００Ｈｚを超える周波数を有する振動データ（刺激に応答して）と関連してよい。触覚感知ユニットは、使用者にテクスチャ感知を与えるために１つまたは複数のアクチュエータを利用してよく、および／または、機械的にまたは電子的に異なった表面とすることができる専用のテクスチャ感知領域を用いてテクスチャ感知を与えてよい。
【００２０】
よって、本発明の広範な側面によれば、音響学的信号をモニタリングするためのシステムが提供され、当該システムは、データ片のシーケンスを受け取るための入力ポートであって、各データ片が検出されたスペックルパターンを示す入力ポート、および、音響学的信号に関するデータを決定するためにデータ片のシーケンスを処理するように構成され作動可能な処理モジュールを備える制御ユニットを備える。
【００２１】
本システムは、少なくとも１つの光学的収集システムを備えてもよく、または、これに接続可能であってもよい。当該少なくとも１つの光学的収集システムは、コヒーレント照射を生成し、当該コヒーレント照射を検査される領域に向けるように構成された光源と、レンズユニットおよび検出器アレイを備える光収集ユニットとを備える。レンズユニットは、検査領域および検出器アレイの間の軸に沿った一般的方向である中間光学的平面からの入力光を収集し、中間平面を検出器アレイ上に画像化するように構成される。これにより、検査された領域からのコヒーレント照射の散乱によって生成された二次的スペックルパターンに関するデータを収集する。検出器アレイは、収集された光を検出するように構成され、これにより、二次的スペックルパターンの画像データを生成して検出されたデータ片を与え、および、検出されたデータ片を制御ユニットに送信する。
【００２２】
いくつかの実施形態によれば、処理ユニットは以下を備えてよい：
各々が検出されたスペックルパターンに対応する入力データ片のシーケンスに関するデータを受け取り、データ片のシーケンスを処理して連続したデータ片の間の相関関数を決定するように構成され作動可能な相関モジュールであって、当該相関関数が検査された領域内の点位置の変化を示すものである相関モジュール；
決定された相関関数に関するデータを受け取り、当該データをフィルタして検査された領域に由来する音響学的信号に関連した位置の変化を特定し、これによって、当該領域から収集された音響学的信号を示すデータを生成するように構成され作動可能なフィルタリングモジュール。
【００２３】
処理ユーティリティは、信号選択モジュールをさらに備えてよく、当該信号選択モジュールは、当該領域から収集された音響学的信号を示す当該データを受け取るように、および、音響学的信号の源に関連した１つまたは複数の音響学的信号パターンを選択することで当該データを処理するように、構成され作動可能である。
【００２４】
本システムは心臓聴診器としての使用のために構成されてよく、ここで、処理ユーティリティは、心臓の作動の音響学的徴候に対応する収集された信号を特定するために構成され作動可能である。これは、正確な肺活量計、または、肺活動に関連した遠隔医学診断を行うために肺の呼吸音を聴く装置として働くように構成されてもよい。この目的のため、本システムは、測定された音響学的信号を、既知の選択された生物学的活動および／または校正中に決定された音響学的パターンと相関させてよい。
【００２５】
いくつかの更なる実施形態によれば、本発明のシステムは、咀嚼活動を対象の総カロリー消費の一部としてモニタリングすることによる栄養学のために構成されてよく、ここで、処理ユーティリティは、咀嚼活動に対応する収集された信号を特定するために構成され作動可能である。
【００２６】
本発明は、いくつかの実施形態によれば、肺活量計として用いるために構成されてもよく、ここで、処理ユーティリティは、肺活動に対応する収集された信号を特定するために構成され作動可能である。
【００２７】
さらに、本発明のシステムは、微小な眼球運動を感知するために構成されてもよく、ここで、処理ユーティリティは、睡眠の質のモニタリングシステムの一部として、眼球運動に対応する収集された信号を特定するために構成され作動可能である。
【００２８】
本発明のもう１つの広範な側面によれば、コミュニケーションにおける使用のためのシステムが提供され、本システムは：
（ａ）データ片のシーケンスを受け取るための入力ポートであって、各々のデータ片が検出されたスペックルパターンを示す入力ポート；および当該データ片のシーケンスを処理して微小な動きに関するデータを決定し、これによって当該微小な動きをコミュニケーションメッセージとして解釈するように構成され作動可能な処理モジュール；を備える。
【００２９】
本システムは、少なくとも１つの光学的収集システムをさらに備えてもよい。少なくとも１つの光学的収集システムは、選択された周波数でコヒーレント照射を生成し、当該コヒーレント照射を検査される領域上に向けるように構成された光源と、レンズユニットおよび検出器アレイを備える光収集ユニットとを備える。レンズユニットは、検査領域および検出器アレイの間の軸に沿った一般的方向である中間光学的平面からの入力光を収集し、中間平面を検出器アレイ上に画像化するように構成される。これにより、検査された領域からのコヒーレント照射の散乱によって生成された二次的スペックルパターンに関するデータを収集する。検出器アレイは、収集された光を検出するように構成され、これにより、二次的スペックルパターンの画像データを生成して検出されたデータ片を与え、および、検出されたデータ片を制御ユニットに送信する。検査される領域は、使用者の閉じた瞼であってよい。
【００３０】
いくつかの実施形態によれば、処理ユニットは以下を備えてよい：
入力データ片のシーケンスに関するデータであって各々が検出されたスペックルパターンに対応するデータを受け取るために、および、連続したデータ片の間の相関関数であって検査された領域内の点位置の変化を示す相関関数を決定するためにデータ片のシーケンスを処理するために構成され作動可能な相関モジュール；および
検出される動きの期待される周波数に関するデータに従って、光源ユニットおよびカメラユニットのサンプリング速度の変調のための作動周波数を選択するように構成され作動可能な周波数選択モジュール。
【００３１】
いくつかの実施形態によれば、処理ユニットは、決定された相関関数に関するデータを受け取り、当該データをフィルタして検査された領域に由来する動き信号に関連した位置の変化を特定し、これによって当該領域から収集された動きパターン信号を示すデータを生成するように構成され作動可能なフィルタリングモジュールをさらに備えてもよい。
【００３２】
いくつかの実施形態によれば、処理ユニットは信号選択モジュールをさらに備えてよく、当該信号選択モジュールは、領域から収集された信号を示すデータを受け取り、当該データを処理し、動きの信号の源に関連した１または複数の信号パターンを選択するように構成され作動可能である。
【００３３】
いくつかの実施形態によれば、本システムは微小な眼球運動の感知に用いるために構成されてもよく、処理ユーティリティは、睡眠の質のモニタリングシステムの一部として、眼球運動に対応する収集された信号を特定するように構成され作動可能である。
【００３４】
本発明のさらに別の広範な側面によれば、骨密度検査用のシステムが提供され、本システムは以下を備える：
検査される骨に向けられる時間変調コヒーレント照射を与えるために構成された光源ユニット；
骨から戻る光を収集するように構成されたカメラユニットであって、カメラが検体から戻る光のデフォーカス・イメージングを与えるために構成された検出器アレイおよび光学的配置を備え、これによって散乱光の二次的スペックルパターンに対応する画像データを与えるカメラユニット；
骨に対して選択された周波数で音響学的刺激を与えるように構成された刺激ユニット；および
光源ユニット、カメラユニットおよび刺激ユニットに対して選択された作動周波数を決定し、カメラからの複数の画像データ片であって各々が二次的スペックルパターンを示す複数の画像データ片を受け取り、連続したスペックルパターンの間の相関を決定し、これによって刺激ユニットからの刺激に対する骨の弾性的または機械的応答を決定するように構成され作動可能な制御ユニット。
【００３５】
制御ユニットは、骨の骨密度の状態または骨粗鬆の状態を決定するようにさらに構成されてもよい。
【００３６】
さらに別の広範な側面によれば、本発明は、以下を備えるシステムを与える：検査領域から戻る光において検出されたスペックルパターンを示す画像データ片のシーケンスを含む入力データを受け取るための入力ポート、入力データを処理して分析するように構成された少なくとも１つの処理ユーティリティ。少なくとも１つの処理ユーティリティは、以下を備える：画像データ片のシーケンスを処理し、連続した画像データ片中のスペックルパターンの間の空間的相関を示す相関関数を決定するように構成された相関モジュールであって、相関関数が検査された領域内の点位置の変化を示す相関モジュール；検査領域の音響学的信号、動き、触感振動の少なくとも１つを示すデータを決定するための、選択された周波数範囲を有する振動を示すデータを抽出するための決定された相関関数についてのデータを受け取って処理するように構成され作動可能なフィルタリングモジュール。
【００３７】
いくつかの実施形態によれば、本システムは少なくとも１つの光学的収集システムをさらに備えてよく、当該少なくとも１つの光学的収集システムは、選択された周波数でコヒーレント照射を生成し、当該コヒーレント照射を選択された検査領域に向けるように構成された光源、および、イメージングレンズ配置および検出器アレイを備える光収集ユニットを備える。イメージングレンズ配置は、検査領域から戻る入力光を収集し、これによって、検査領域およびイメージングレンズ配置の間に位置する中間平面に対応する画像を検出器アレイ上に生成するように構成される。検出器アレイは、収集された光を検出し、これによって、検査領域からのコヒーレント照射の散乱によって生成された二次的スペックルパターンに関連した画像データを生成し、対応する画像データ片を送信し、検出されたデータ片を処理のために与える。これにより、光収集ユニットは、二次的スペックルパターンを示す画像データ片を収集するように構成される。
【００３８】
光学的収集システムは、人体の一部である検査領域に用いるために構成されてよい。人体の一部は：閉じた瞼、顎、胸、手、首、額および額−こめかみの少なくとも１つであってよい。
【００３９】
いくつかの実施形態によれば、処理ユーティリティは信号選択モジュールをさらに備えてよく、当該信号選択モジュールは、当該領域から収集された１つまたは複数の選択された動きの型を示すデータを受け取り、当該データの処理のため、所望の動きの源と関連した１つまたは複数の動きパターンを選択するように構成され作動可能である。動き／振動パターンは音響学的信号と関連していてよく、所望の動きの源は検出される音響学的信号の所望の源である。
【００４０】
処理ユーティリティは、検出される動きの期待される周波数範囲に関するデータに従って、光源ユニットおよびカメラユニットのサンプリング速度の変調のための作動周波数を選択するよう構成され作動可能な周波数選択モジュールをさらに備えてよい。
【００４１】
フィルタリングモジュールは、決定された相関関数に関するデータを受け取り、当該データをフィルタリングして検査領域に由来する動き信号に関連した位置の変化を特定し、これによって当該領域から収集された動きパターン信号を示すデータを生成するように構成され作動可能であってよい。
【００４２】
いくつかの実施形態によれば、本システムは微小な眼球運動の感知に用いるために構成されてよく、ここで、処理ユーティリティは、睡眠の質のモニタリングシステムの一部として、眼球運動に対応する収集された信号を特定するように構成され作動可能である。
【００４３】
いくつかの実施形態によれば、本システムは心臓聴診器として用いるために構成されてよく、処理ユーティリティは、心臓作動の音響学的徴候に対応する収集された信号を特定するように構成され作動可能である。
【００４４】
いくつかの実施形態によれば、本システムは、咀嚼活動を対象の総カロリー消費の一部としてモニタリングすることによる栄養学のために構成されてよく、処理ユーティリティは、咀嚼活動に対応する収集された信号を特定するために構成され作動可能である。
【００４５】
いくつかの実施形態によれば、本システムは、肺活量計として用いるために構成されてよく、処理ユーティリティは、肺活動に対応する収集された信号を特定するために構成され作動可能である。
【００４６】
いくつかの実施形態によれば、本システムは、微小な眼球運動の感知のために構成されてよく、処理ユーティリティは、眼球運動に対応する収集された信号を睡眠の質のモニタリングシステムの一部として特定するように構成され作動可能である。
【００４７】
いくつかの実施形態によれば、本システムは、触覚感知ユニットに接続可能な出力ポートをさらに備えてよく、触覚感知ユニットは、検査領域からの検出された振動を示すデータに応答して作動するように構成された複数の作動要素を備え、これによって、使用者に収集された振動データに従って触覚感知を与える。
【００４８】
触覚感知ユニットは、装着可能なユニットとして構成され、検査領域で検出された振動に従って使用者に触覚感知を与えるように構成されてよい。触覚感知ユニットは、低周波数の動き、中程度周波数の振動の少なくとも１つの振動感知を与えるように構成されてよい。
【００４９】
一般的に、触覚感知ユニットは、５００Ｈｚおよびそれよりも高い振動周波数に関連した振動感知を与えるために構成され、テクスチャ様の感覚を可能とする。この目的のため、触覚感知ユニットは、高周波数アクチュエータを利用してよく、および／または、選択された表面が機械的または電子的に変化するテクスチャのために構成されたテクスチャ感知ユニットを備えてよく、これにより、使用者に対応するテクスチャ感知を与える。
【００５０】
いくつかの実施形態によれば、触覚感知システムは、検査領域の外的刺激に応答して、高周波数振動を示すデータを利用して検査領域のテクスチャに関連した触覚感知を与えるように構成された高周波数作動要素を備えてよい。追加的または代替的に、触覚感知ユニットは、検査領域の高周波数振動を示す入力データに応答して選択された表面が機械的または電子的に変化するテクスチャのために構成された少なくとも１つのテクスチャ感知要素を備えてよい。
【００５１】
いくつかの実施形態によれば、触覚感知ユニットは、低周波数圧力の感知、中程度周波数振動の感知、テクスチャの変化の感知および温度感知の少なくとも２つを備える、少なくとも２つの複数の作動領域を備える。
【００５２】
いくつかの実施形態によれば、本システムは、検査領域上に選択された外的刺激を与えるように構成された刺激ユニットをさらに備えてよく、外的刺激は選択された周波数範囲の音響学的信号に関連する。処理ユーティリティは、外的刺激の選択された周波数を決定するように構成され作動可能な刺激選択モジュール、および、検査領域の物質密度に関するデータを決定するための選択された周波数に従ってフィルターされた連続したスペックルパターンの間の相関に関するデータを受け取るように構成され作動可能な弾性率測定／エラストグラフィモジュールをさらに備える。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
本明細書に開示の主題をより理解し、それがどのようにして実際に行われうるかを例示するために、添付の図に言及しながら、非限定的な例のみによって以下に実施形態を記述する。
【図１】図１は、本発明のいくつかの実施形態による、領域の検査のためのシステムを図式的に示す。
【図２】図２は、本発明のいくつかの実施形態による、音響学的信号の検出のために用いる制御ユニットを示す。
【図３】図３Ａおよび図３Ｂは、検出された音響学的信号のスペクトグラム表現（図３Ａ）および患者の心臓活動に関連した検出された音響学的信号（図３Ｂ）を示す。
【図４】図４は、本発明の技術を用いて収集された、顎関節の動きに関連した音響学的信号を示す。
【図５】図５は、睡眠の質のモニタリングに関連し得る、本発明の技術を用いて収集された眼球運動に関連した音響学的信号を示す。
【図６】図６Ａおよび図６Ｂは、微小な眼球運動を用いた、身動きできない（例：麻痺した）患者の効果的なコミュニケーションのための本発明の技術の使用を例示する。
【図７】図７は、本発明のいくつかの実施形態による、使用者に触覚データを与えるように構成された触覚感知ユニットを図式的に示す。
【図８】図８は、本発明の技術を記述する図式的なフロー図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
標的からの振動または動きに関連した信号（例：音響学的）を遠隔収集するために用いるシステム１０００を図式的に説明する図１について言及する。本システムは、検査しようとする検体の領域Ｒに向けられるように構成されたコヒーレント光源２００、および、検査された領域Ｒから反射した／散乱した光を収集するように構成されたカメラユニット３００を備え、検体上に特定の刺激を伝えるように構成された刺激ユニット４００を備えてよい。本システム１０００は、使用者に選択された形式の出力を与えるように構成された出力モジュール８５０（ユーザーインターフェイスモジュール）を備えてもよい。カメラユニット３００は、領域Ｒに対してデフォーカスされるように構成され、これによって、領域Ｒとカメラユニット３００との間の光学軸に沿って位置する中間平面Ｐのイメージングを与える。カメラユニットは、参照により本明細書に組み込まれる米国特許８，６３８，９９１および米国特許公報２０１３／０１４４１３７、２０１４／０１４８６５８により詳細に記載されているように、一般的に、中間平面Ｐから収集された二次的スペックルパターンに関連した画像データを収集するように構成された検出器アレイ（具体的な図示なし）を備える。
【００５５】
光源２００、カメラユニット３００および刺激ユニット４００（用いられる場合）は、光源２００、カメラユニット３００および刺激ユニット４００を作動させるために、および、収集されたスペックルパターンの画像データ片のシーケンスを示すカメラユニット３００からのデータのストリームを受け取るために、構成され作動可能な制御ユニット５００に、接続可能である。制御ユニット５００は、一般的に、収集されたデータのストリームの処理および分析を行って、検査領域Ｒで生成した音響学的信号に関するデータを決定するように構成された処理モジュールを備える。
【００５６】
これに関連して、領域Ｒは一般的に任意の検体の領域でよいことに注意すべきである。より具体的には、本発明の技術およびシステムは、生きた生物、特にヒト患者の音響学的感知を与えるために有利的に用いられてよい。よって、本発明のシステムは、患者または患者の身体部分（例：閉じた瞼、胸部領域、首または患者身体の任意の他の領域）または任意の他の生物学的組織に対して用いられてよく、内科医が聴診器を使用して心臓活動、関節の動き、腸活動等の生体機械的な作動を検出するのと類似した方法で機械的および音響学的信号を検出することにより、物質特性および／または多様な内的プロセスの遠隔的および非侵襲的な検出を与える。これに関連して、一般的に使用されている聴診器は、単純で効果的な診断ツールを与えるものの、検出した信号、内科医の個人的解釈の記録を欠くこと、患者上の検査領域との直接的接触の必要があること等の不利な点がある。本発明の技術は、音響学的活動の遠隔感知を提供し、比較およびモニタリングのための収集データの保存を可能とし、患者の連続モニタリングに加えてオン・ザ・フライ・モニタリング（ｏｎ−ｔｈｅ−ｆｌｙ  ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）のために用いることができる。
【００５７】
追加的に、本技術は、選択された組織を検査し、その振動（または外的刺激への応答）に関するデータを決定することで外科手術で用いられてよく、本システムへ出力モジュール８５０として接続可能な触覚感知ユニットを利用して、検出したデータを触覚刺激の形式で使用者へ与える。一般的に、出力モジュール８５０は、ユーザインターフェイスユニット（例：スクリーン）またはコミュニケーション・ネットワーク接続と関連してよい。いくつかの実施形態では、出力モジュールは、検査領域Ｒで検出された振動を示す触覚刺激を与えるように構成された触覚感知ユニットを備えてよい。
【００５８】
さらに、いくつかの実施形態によれば、本発明のシステムおよび技術は、患者のための遠隔コミュニケーション・システムを可能とするために用いられてよい。例えば、麻痺した患者は、彼の周囲とコミュニケーションをとるため、本明細書に記載のシステムを、彼の閉じた瞼の裏の眼球の微小な動きを検出するのに用いてよい。この目的のため、本システムは、使用者の閉じた瞼の上または隣を照射するためにコヒーレント光源２００を向け、使用者の閉じた瞼の裏の眼球の動きを検出できるように構成されてよい。本システムは、単純な「はい」および「いいえ」回答時の眼球運動を解釈する、または、使用者のトレーニングおよび所定のアルゴリズムに基づいたより複雑な思考を決定するように構成されてよい。
【００５９】
本システムがそのような微小な動きに加えて追加的なパラメータおよび特性を決定できるように、本発明は、光源ユニット２００による検体照射の時間的変調を利用してもよい。より具体的には、光源ユニットは、制御ユニットにより、決定される特性に関する既存のデータ、例えば、類似した周波数、対応するＮｙｑｕｉｓｔ周波数または信号周波数の整数多重度に従って選択された周波数でパルス的に作動されるように構成される。カメラユニット３００のサンプリング速度は、対応するサンプリング速度を与えるために同様に変調されてよい。これにより、他の周波数の信号またはノイズに対して、各々の周波数の信号の増幅が可能となる。一般的にノイズはホワイトノイズであってよく、その結果の効果は増大した信号雑音比（ＳＮＲ）であってよい。
【００６０】
注意すべきは、本発明の技術が、制御ユニット５００として構成されて１または複数の感知ユニットに接続可能なシステムをも与える点であり、ここで、感知ユニットの各々は、コヒーレント光源２００、カメラユニット３００、そしていくつかの構成では１または複数の刺激ユニット４００を備え、システムは、単数または複数の患者について、検査される領域に向けられるように構成される。制御システムは、図２に例示され、入力データを受け取るための、および、例えば、図１の出力モジュール８５０を利用してネットワーク・コミュニケーションおよび／またはユーザインターフェイスを通じた出力データを与えるための、処理ユーティリティ６００および入力／出力コミュニケーションポート８００を備える。
【００６１】
図２に示す制御システム５００は、典型的には、入力データを処理および分析して１または複数の検査領域から検出された音響学的信号を示す出力データを与えるための、ソフトウェアまたはハードウェアモジュールを備えた処理ユーティリティを備える。より具体的には、処理ユーティリティ６００は、相関モジュール６１０およびフィルタリングモジュール６２０を備える。いくつかの実施形態によれば、処理ユーティリティは、周波数選択モジュール６２５および／または信号選択モジュール６３０を備えてもよい。
【００６２】
相関モジュール６１０は、各々が収集されたスペックルパターンの画像データを示すデータ片のシーケンスの形式として、入力データを受け取るように、構成され作動可能であってよい。シーケンスは、検査領域における時間的変化の徴候を与えるために、ある特定の時間的サンプリング速度で収集される。相関モジュール６１０は、データ片の入力シーケンスを処理して連続したスペックルパターンの間の空間的相関を決定し、これによって、連続した収集パターンにおける変化の尺度を決定する。スペックルパターンの配置の間のそのような変化は、典型的には、領域表面の配向または曲率における動きや変化に関連した、検査領域Ｒの反射／散乱表面における変化を示す。収集されたデータ片の複数の連続対（複数のスペックルパターンに関連）の間の決定された相関関数は、時間を通じた検査領域中の変化を示す。
【００６３】
相関モジュール６１０は、典型的には、連続した入力データ片（スペックルパターン）の間の相関関数に関するデータをフィルタリングモジュール６２０に送信する。フィルタリングモジュールは、相関関数データを受け取るために、および、これを処理および分析して、検査領域やその周囲で生成されてよい音響学的信号を示すデータを特定するために、構成され作動可能である。本発明の技術は、内的活動に関連して体の表面から収集された音響学的データを提供可能な聴診器と同様に、領域の位置、曲率および配向における変化によって検査領域の表面から検出された（典型的には）内的音響学的信号に関するデータを与える。
【００６４】
この目的のため、フィルタリングモジュール６２０は、音響学的周波数、振動、テクスチャ等のような選択された信号に関連した周波数で生ずる相関の変化を選択するために、決定された相関関数にフィルタリングを適用するように構成される。典型的には、関係のある音響学的信号は１Ｈｚと２０ｋＨｚとの間であってよく、触覚感知に関連した関係のある音響学的信号は２５０Ｈｚ未満であってよく、または、振動／動きについては３２０Ｈｚ未満であってよく、または、典型的には触覚感知によっては直接感知されず、テクスチャの変化を表す５００Ｈｚを超えてよい。いくつかの構成では、フィルタリングモジュール６２０は、０．５Ｈｚと１ｋＨｚとの間、２０Ｈｚと５００Ｈｚとの間または４００Ｈｚ付近の周波数で生じる相関の変化といった、音響学的周波数の範囲内または範囲外のバンドを選択するように構成される。一般的に、フィルタリングモジュール６２０は、生物組織を通じて検出される音響学的信号に対応するロー・パス・フィルタリングを適用するように構成される。検出可能な最大変化周波数がＮｙｑｕｉｓｔ定理に従ってカメラユニット３００のサンプリング速度によって限定されることにも注意すべきである。
【００６５】
制御システム５００は、ディスプレイユニット上のグラフィカルデータの形式および／または内科医が慣れているのと同様の仕方で聴くことを可能とする音響学的出力データの形式で、検出した音響学的信号を示す出力データを提供してもよい。追加的に、制御システム５００は、保存のために、場合によってさらに処理するために、収集した音響学的データを保存し送信してよい。
【００６６】
図２にも示されているように、制御システム５００は、周波数選択モジュール６２５および信号選択モジュール６３０を備えてもよい。周波数選択モジュールは、選択された作動／サンプリング周波数（例：使用者からまたはメモリユニット７００に保存されたプレ保存データ）を示すデータを受け取り、選択された作動／サンプリング周波数に対応する周波数で、光源ユニット２００、カメラユニット３００、いくつかの構成では刺激ユニット４００を作動させるために、構成され作動可能である。より具体的には、周波数選択モジュール６２５は、所定の周波数、例えば、５０Ｈｚと５００Ｈｚとの間、または５０Ｈｚ未満、または５００Ｈｚ超等の選択された周波数でのパルス照射を与えるために、光源ユニット２００を作動させてよい。周波数選択モジュール６２５は、検査領域から散乱した光のスペックルパターンにおける変化を適切に検出するために、カメラユニット３００を実質的に類似した周波数で作動もさせる。選択された刺激周波数は、（光源に加えてカメラユニットの）対応するサンプリング周波数と組み合わせて使用することにより、ホワイトノイズを低くする一方で、類似した周波数または対応する周波数を有する信号の効果的な「アナログ」増幅を与える。これは、検体／組織／使用者の検出および検査のための、増大したＳＮＲおよび本システムの感度を与える。そのような刺激変調は、例えば、骨の密度およびその弾性的特性を精密に決定して、骨粗鬆症または他の骨関連疾患の状態を決定するために用いられてよい。
【００６７】
信号選択モジュール６３０は、検出された音響学的信号を示すデータを受け取るために、および、データを処理し、特定される１または複数のパラメータに対応する音響学的パターンを特定および決定するために、構成され作動可能であってよい。より具体的には、信号選択モジュール６３０は、Ｓ１およびＳ２信号のような心臓活動と関連した音響学的信号を特定するために、および、対応する周波数を増幅して増強した出力を与えるために前もって構成されてよい。よって、信号選択モジュールは、信号処理およびマッチングを適用し、心拍のＳ１およびＳ２成分、筋肉蠕動（例：胃腸活動）、顎の動き、肺の空気流入および流出（例：非接触の光学的肺活量計を提供）のような所定の既知の音響学的パターンに関連した信号を検出して増大させてよい。
【００６８】
音響学的パターンの選択は、検査領域Ｒの正確な位置に関連していても関連していなくてもよい点に注意すべきである。例えば、心臓活動のモニタリング時の領域Ｒは、好ましくは胸であってよい一方で、血流が音響学的データを伝達させ、信号選択モジュール６３０が所望のパターンに関連した音響学的信号を増大させるために作動してよいので、体の他の部位からであってもよい。しかし、筋肉活動は患者の体の任意の筋肉から生じうるので、腸活動または他の筋肉活動を探索する際には、選択された活動源の近傍に位置するように検査領域Ｒを選択するのが好ましい。
【００６９】
上述の技術の作動を例示するため、図３Ａおよび図３Ｂは、本技術によって遠隔測定された（対象から約１．５メートルの距離）、心臓活動に関連した処理された測定データを示す。図３Ａは、周波数成分を垂直軸に示して時間を水平軸に示す収集した信号のスペクトグラムを示し、ここで、特定の時間における各周波数成分の振幅はスペクトグラムの色で表されている（白色は大きな振幅であり、暗色は微小な振幅である）。図３Ａのスペクトグラムに見られるように、心臓活動において検出されたＳ１およびＳ２成分と類似して対になって到達する音響学的パルスのシーケンスがある。図３Ｂは、４００Ｈｚ付近の対応する周波数範囲で測定された時間的信号を示し、心臓活動の成分を明確に示している。このような音響学的感知は、長くなった音響学的信号、雑音信号または医学文献で一般的に既知の他の変形によって示される、心臓の機能不全の徴候も与える。
【００７０】
上にも示したように、本技術は、患者の他の活動に関連した音響学的データを提供してよい。ここで、照射スポットでマークされた患者の顎から検出された音響学的信号を示す図４、対応する照射スポットでマークされた患者の目を示す図５に言及する。これらの図は、患者が校正のために特定のタスクを行うように依頼されたときの、検出された音響学的活動を表す。図４では、患者は、呼吸を止めるように（呼吸なし）、規則的に呼吸するように（呼吸あり）、２秒毎および１秒毎に噛んで顎を動かすように（２秒毎に噛む、１秒毎に噛む）、歯軋りをするように（歯軋り）、顎を楽にするように（リラックス）依頼された。見てとれるように、検出された音響学的信号は動きの型によって異なり、患者の顎の活動を測定するのに用いることができる。図４および図５で見られる光のスポットは、レーザによって照射された領域を示し、遠隔感知処置が行われた組織に対応することに注意すべきである。
【００７１】
同様に、本システムは、図５に示すように患者の目に向けられた。検出された音響学的信号は、患者に目を動かさないように（動きなし）、目を素早く動かすように（眼球運動）、および、目を楽にするように（リラックス）依頼することで収集された。検出された音響学的信号は、患者に触れる必要なく、一定の距離から眼球運動についての徴候を与える。このパラメータは、例えば、睡眠の質を適切にモニタリングするのに重要であろう。
【００７２】
ここで、例えば末期ＡＬＳに罹患している麻痺した患者とコミュニケーションをとるための上述の技術の使用を示す図６Ａおよび図６Ｂに言及する。図６Ａは、閉じた瞼の裏の眼球運動を測定するための、使用者の閉じた瞼上へのコヒーレント照射の方向を示し、図６Ｂは、本発明のシステムによる眼球運動検出に関する実験データを示す。ここで示した測定では、本システムは、約４００Ｈｚの変調パルス周波数で検査領域（使用者の瞼）を照射するように構成され、カメラユニットは４００ｆｐｓ（１秒あたりのフレーム数）の対応するサンプリング速度で作動される。連続したスペックルパターンの間の相関は、使用者の瞼の位置や配向を示すデータを与える。図６Ｂで示された位置対時間のグラフでは、位置データは、安静状態での不随意眼球運動に関連した、目の高周波数の動きを示すためにフィルタされた。示されているように、安静時には使用者の目はちらついているが、瞼を動かすように依頼されたときはちらつきは止み、低周波数の動きを示すことができる。上述の技術は、眼球および瞼の動きを用いて高レベルのコミュニケーションを与えるために、様々な他の周波数フィルタおよび使用者指示書を利用してよく、これにより、ＡＬＳ患者や他の麻痺した使用者と簡単なコミュニケーションをとることができる。
【００７３】
ここで、本発明のいくつかの実施形態による触感感知出力を与えるために構成されたグローブ状触感感知ユニット８６０を示す図７に言及する。触感感知ユニット８６０は、一般的に、ピエゾ−電気要素またはモータ化アクチュエータのような複数の発動要素８７０（アクチュエータ）とともに構成される。触感感知ユニットは、検査領域から収集された高周波数振動に関連した収集データに従って、熱／冷感知を与えるおよび／またはテクスチャの変化の感知を与える、テクスチャおよび／または温度感知要素８７５を備えてもよい。上述のように、本発明のシステムは、光学的検査および検査領域からのスペックルパターンの収集を利用して、１または複数の選択された周波数で振動データを決定するように構成される。
【００７４】
この例では、触感感知ユニット８６０は、グローブ状ユニットとして例示され、増加した感知に関連した領域に位置するアクチュエータ８７０を備える。いくつかの他の実施形態では、触感感知ユニットは、使用者の額（帽子状または眼鏡の構成として）または使用者の体の任意の部位に圧力データを適用するように構成されてよい。この構成により、使用者は、物理的に直接接触しない一方で、振動（内的または上述の通り外的刺激に応答した）および／または組織のあるテクスチャを遠隔的に感じることができる。例えば、本システムは、患者の１または複数の選択された領域に超音波刺激を与え、選択された組織（検査領域）の振動応答に関するデータを収集するように構成された刺激ユニット（図１の４００）を利用してよい。検出された振動応答に関する出力データは、使用者（例：外科医）に検査されている組織の感覚データを与えるために、アクチュエータ８７０を作動させる触覚感知ユニット８６０に、いくつかの実施形態ではそのテクスチャ感知要素８７５に伝達されてよい。このような非接触エラストグラフィ感知は、内科医が実際に領域に触ることなく、検査対象／組織の硬さに関する所見を与え得るものであり、これによって遠隔／ロボティック手術において正確性を向上させることができる。
【００７５】
一般的に、アクチュエータ８７０は、広範囲の周波数で作動するように構成されてよい。代替的には、触感感知ユニットは、さまざまな周波数の感覚データの伝達を可能とする、異なった周波数範囲を有するアクチュエータのアレイと構成されてよい。典型的には、ヒトの接触感知は、６０Ｈｚと５００Ｈｚとの間の振動、特に１００Ｈｚと３２０Ｈｚとの間の振動に敏感である。しかしながら、本発明は５００Ｈｚを超える周波数での触覚感知データの伝達を利用してもよく、使用者に検査領域のテクスチャに関するデータを与える点に注意されたい。このようなテクスチャ感知は、アクチュエータ８７０のアレイを高周波数で起動させることによって、および／または、選択された表面を変えてテクスチャの変化の感覚を与えるように構成されたテクスチャ感知要素８７５を用いることによって、提供してよい。
【００７６】
一般的に、本技術は、可能な検査領域のテクスチャの異なった形式を決定するために、周波数のバリエーションおよび／または外的刺激の複合を利用してよい。これにより、使用者（例：外科医）は、外的刺激に応答して収集された対応するエラストグラフィのデータによって決定されたテクスチャの変化に基づいて、組織の異なった型間を識別することができる。
【００７７】
さらに、触覚感知ユニット８６０は、選択された感知パラメータに関連した触覚刺激を与えるように構成されたさまざまな感知領域と構成されてよい。例えば、触覚感知ユニット８６０は、低周波数圧力感知、中程度周波数振動感知、テクスチャのバリエーションの感知および温度感知を備えてよく、異なった発動領域の各々は、使用者に信頼できる感知感覚を与えるための対応する周波数範囲および構造を有する好適な発動要素とともに構成される。
【００７８】
いくつかの実施形態では、本システムは、検査領域の温度を遠隔測定できるように構成された赤外温度計を備えてもよい。追加的には、触覚感知ユニット８６０は、使用者に温度についての感覚データを与えるように構成された冷却／加熱要素を備えてよく、組織に加えてその温度または温度の変化の感覚を与える。
【００７９】
一般的に、これらの構成は医学用途、例えば遠隔／ロボティック手術に用いてよい。追加的には、このような構成は、多様な他の要素の非接触検査に用いてもよく、接触は、野菜または果実等の食料品の品質のような最先端の検査技術であってよいほか、ゲームや使用者間の遠隔交流のようなエンターテイメント用途のものであってよい。
【００８０】
ここで、本発明の技術を説明するフローチャートを示す図８に言及する。示されているように、検査領域からのスペックルパターンの収集に関連した画像データ片のシーケンスを示す入力データが提供される（１０１０）。入力データは、連続して収集されたスペックルパターンの間の相関関数を決定することにより処理され（１０２０）、相関関数は検査領域の振動および動きのデータを示す（１０３０）。振動データは、一般的に、ノイズおよび１または複数の所望の信号以外の振動（音響学的および／または機械的振動）に関するデータを含んでよく、本技術は、音響学的、動きの形式およびノイズのデータを識別するために、周波数範囲、可能であれば振動の振幅（強度）に基づいて振動データをフィルタリングすることをさらに備える（１０４０）。所望の信号に関するデータは、フィルタリングによって抽出され、使用者への好適な出力ユニットを通じて出力となる（１０５０）。そのような出力ユニットは、スピーカーシステム、（グラフィカルデータを示す）スクリーンに加えて触覚ユニットであってよい。
【００８１】
このようなモニタリング技術は、心臓活動、呼吸活動、睡眠および栄養モニタリングに加えて、患者に近づくおよび／または触れる必要のないルーチン検査のために用いてよい。さらに、本技術は、組織パラメータを決定するために用いてよく、および／または、眼球もしくは瞼の動きまたは使用者の任意の他の微小な動きを用いた、動きに基づくコミュニケーションを提供してよい。コヒーレント照射の波長は、典型的には、光学スペクトルと近赤外との間の任意の波長であってよいことに注意すべきである。これにより、単純な検出ができ、レンズおよび検出器アレイのような光学機器を用いることが可能となる。
【図１】
2019519269.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
2019519269.tif 000005
【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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